Прерыватели переменного тока

В прерывателях переменного тока обычно используются незапираемые тиристоры или симисторы.

Изменение полярности напряжения питающей сети обеспечивает выключение таких силовых приборов при уменьшении их токов до нуля.

Прерыватели на тиристорах. Прерыватель, подключенный к активной нагрузке с сопротивлением R_н.

Предположим, что входное напряжение – синусоидальное: , где U_вхт – амплитудное значение входного напряжения, w - круговая (угловая) частота, t – время.

Рис. 14.4. Прерыватель на тиристорах

Система управления формирует в необходимые моменты времени импульсы для включения тиристоров. Через iy₁ и iy₂ обозначены токи управляющих электродов.

В силовой электронике используется понятие угла управления. Углом управления называют угол сдвига по фазе между началом каждой положительной полуволны входного напряжения и соответствующим моментом включения тиристора Т₁, а также равный ему угол сдвига по фазе между началом каждой отрицательной полуволны и соответствующим моментом включения тиристора Т₂.

Пусть угол управления a равен нулю. Т.к. a=0. то в каждый момент времени один из тиристоров будет включен и напряжение и_т будет практически нулевым (напряжение на включенном тиристоре составляет примерно 1 В). Поэтому напряжение на нагрузке будет повторять входное напряжение (рис. 14.5).

Пусть a=90 электрических градусов. В этом случае (рис. 14.6) действующее напряжение на нагрузке будет пониженным.

При a=180 электрических градусов напряжение на выходе будет нулевым.

Действующее напряжение Uвых напряжение на выходе при изменении угла управления в радианах для 0£a£p определяется выражением:

.

Эту зависимость называют регулировочной характеристикой.

Рис. 14.5. Работа прерывателя при a=0

Рис. 14.6. Работа прерывателя при a=90

Фазовое управление, рассмотренное на примере прерывателя на тиристорах, широко используется в силовой электронике. Оно характерно тем, что изменение напряжения на нагрузке достигается изменением угла управления.

Т.к. включение силовых приборов производится с помощью импульсов управления, фазовое регулирование называют импульсно-фазовым управлением.

Использование импульсов управления обеспечивает включение тиристоров в строго заданные моменты времени и облегчает их режим работы. Однако достаточно часто используются простейшие схемы управления со сравнительно медленным нарастанием тока управления.

Рассмотрим схему управления с контактом кнопки или реле (рис. 14.7).

Рис. 14.7. Схема прерывателя с контактом кнопки или реле

При разомкнутом контакте S тиристоры не включаются.

Пусть контакт замкнут, u_вх>0 и тиристоры выключены. Тогда, u_т=u_вх>0. При этом будет протекать ток в цепи по следующему направлению: а®D₂®R₁®S®цепь управления тиристора Т₁®b.

Пренебрегая падением напряжения на диоде D₂ и в цепи управления, получаем

.

По мере роста напряжения u_вх этот ток будет увеличиваться и тиристор Т₁ включится. Тиристор Т₂, находящийся под обратным напряжением, является выключенным. Ток i_y2=0. После включения тиристора Т₁ u_т=1, поэтому i_y1=0 (включение тиристора автоматически снимает сигнал управления). При изменении полярности входного напряжения тиристоры меняются ролями.

Таким образом, данная схема обеспечивает работу прерывателя при угле управления, близком к нулю, не позволяет плавно изменять действующее напряжение на нагрузке и дает возможность только включать ее или отключать.

Одним из проблем использования устройств прерывателей является применение схем, защищающих силовые приборы от перенапряжений. Уменьшение влияния перенапряжения достигается применением RC-цепочки и варистора (нелинейный резистор, ток которого начинает быстро возрастать после достижения напряжением некоторого порогового значения).

Преимуществами бесконтактных переключающих устройств в сравнении с контактными являются:

· большая допустимая частота переключений;

· большой срок службы;

· бесшумность;

· простота обслуживания и малые эксплуатационные расходы.